באמצעות מאיצי חלקיקים אטומיים, שיחזרו מדענים בשווייץ ופינלנד את שרשרת התגובות הכימיות, הכי-הכי-בראשיתיות שהתחוללו ביקום, מרגע בריאתו ב”מפץ הגדול”, לפני כ- 14 מיליארד שנה. הם הגיעו למסקנה, כי הפחמן שהוא אבן-הבניין היסודי ביותר ליצירת החיים על כדור הארץ נוצר בליבות הכוכבים. אבל איך התהווה – זו הייתה עד כה חידה.
כל הפחמן שביקום, כולל זה הדרוש ליצירת בעלי-חיים ובני אדם, נוצר בליבות הכוכבים בתהליך המכונה “ריאקצית אלפא המשולשת”. לשחזור שרשרת התהליכים הכימיים שהתחוללו, ולקביעת קצב ההתרחשויות, יש כמובן השלכות רחבות מאד עבור האסטרו פיסיקאים, החל מהבנת הדרך בה התעצבו הכוכבים הראשונים, ועד ליצירת כל היסודות הכימיים הכבדים, שהגיעו אלינו רק בעקבות התפוצצות אדירה של כוכב, במה שמכונה סופרנובה.
“מדהים הוא הקשר בין עולם החלקיקים התת-אטומיים לבין היקום כולו”, התבטא בנושא זה פרופ' הנס פינבו, מאוניברסיטת אאהרוס הדנית, ראש צוות המחקר הבינלאומי שהפעיל את מאיץ החלקיקים האירופי הגדול, סר”ן, בז'נבה.
וכך מסבירים עתה המדענים את השלבים השונים בהיווצרות כוכבי היקום והחיים: מיד לאחר המפץ הגדול, הלא הוא הביג-בנג, התהווה בעיקר מימן והליום. זה השלב בו לא היו ביקום הבראשית, גרעינים אטומיים חיים אחרים כדי ליצור את הגשר הדרוש להיווצרות היסודות הכימיים הכבדים, כמו הפחמן ואחר כך האחרים.
אבל בליבות הכוכבים, החל להיווצר הפחמן הנדרש, בעקבות תהליך כימי ייחודי המכונה ריאקצית אלפא משולשת, שבה שלושה גרעינים של הליום או חלקיקי אלפא – הותכו יחד ובהמשך נוצר הגרעין של האיזוטופ פחמן 12. כדי לשחזר את התהליך, השתמשו המדענים באיזוטופים בורון 12 וחנקן 12 שהם קצרי-חיים וסמוכים לפחמן בטבלה המחזורית.
את בורון 12 יצרו החוקרים במאיץ החלקיקים בז'נבה, את חנקן 12 – במאיץ במעבדה בפינלנד. הגרעין הבלתי יציב שלהם הפך מהר מאד לפחמן 12 ואחר כך האיזוטופ הזה, נשבר שוב לחלקיקי האלפא. החוקרים מדדו במדויק את הזמן והאנרגיות שנדרשו לתהליך ההתכה וההתפרקות הזה וגם קבעו כי התרחש בטווח טמפרטורות שבין מאית המעלה, ל- 10 מיליארד מעלות (הנמדדות בסולם קלווין, לא צלזיוס).
יחסית, מדובר בתהליך המתרחש בליבות כוכבים בטמפרטורות נמוכות מכפי שחשבו בעבר. בליבות הכוכבים הכי ראשוניים שהתהוו ביקום הקדום, שררה טמפרטורה של 0.05 מיליארד קלווין, ללא פחמן. התהליך הואץ: כמות הפחמן שנוצרה בתהליך קטליטי של שריפת המימן, הייתה כפולה ומהירה הרבה יותר מכפי שסברו עד היום.
לאותה טמפרטורת השיא של מעל 1 מיליארד מעלות קלווין, בתהליך האלפא המשולש הנ”ל, כנדרש ליצירת היסודות הכימיים הכבדים – הגיעו הכוכבים מהר יותר מכפי שהעריכו. סיום התהליך היה בהתפוצצות, סופרנובה, שהשליכה בכוח עצום למרחבי היקום את היסודות הכימיים השונים וביניהם גם ברזל. יסודות אלו כבר יצרו אינטראקציות כימיות עם גלי ההלם שסבבו אותם. כך התהווה ניקל (איזוטופ ניקל 56 לשם דיוק). מחקר המשך יברר כיצד התהוו שאר היסודות הכימיים מאותו גרעין בראשית.
אלכס דורון
ידען הפיסיקה
ריאקציות גרעיניות והיווצרות היסודות הכימיים בטבע – באסטרופדיה
https://www.hayadan.org.il/BuildaGate4/general2/data_card.php?Cat=~~~76183931~~~97&SiteName=hayadan
